Đất than bùn là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm về đất than bùn

Đất than bùn là loại đất hình thành từ quá trình tích tụ lâu dài của vật chất hữu cơ phân hủy không hoàn toàn trong môi trường ngập nước và thiếu oxy. Thành phần hữu cơ này chủ yếu gồm xác cây thân thảo, rêu, tảo và các dạng thực vật đặc trưng của vùng đầm lầy. Do tốc độ phân hủy bị kìm hãm bởi điều kiện yếm khí, các lớp vật chất mới liên tục chồng lên lớp cũ, tạo thành khối tích tụ dày và giàu carbon. Đặc điểm này làm đất than bùn trở thành một trong những kho lưu trữ carbon tự nhiên lớn nhất trên hành tinh.

Môi trường tồn tại của đất than bùn thường là các vùng đầm lầy, hồ cạn, đồng bằng ngập nước hoặc khu vực có mực nước ngầm cao. Khi mực nước duy trì ổn định trong thời gian dài, hệ sinh thái yếm khí được thiết lập và duy trì, tạo điều kiện lý tưởng để hình thành than bùn. Các nghiên cứu từ USGS cho thấy đất than bùn đóng vai trò quan trọng trong quản lý nước tự nhiên, giảm lũ và cung cấp môi trường sống cho nhiều loài đặc hữu.

Bảng tóm tắt một số đặc trưng cơ bản của đất than bùn:

Đặc tính	Mô tả
Hàm lượng hữu cơ	Có thể vượt 50 đến 90 phần trăm
Độ pH	Thường từ 3.5 đến 5.5, khá chua
Khả năng giữ nước	Rất cao, có thể giữ gấp nhiều lần trọng lượng khô
Mật độ khối	Thấp, dễ bị nén lún

Quá trình hình thành đất than bùn

Quá trình hình thành đất than bùn bắt đầu khi thực vật trong vùng đầm lầy phát triển mạnh nhưng không phân hủy hoàn toàn sau khi chết do thiếu oxy. Môi trường nước đứng yếm khí ức chế hoạt động của vi sinh vật phân giải hiếu khí, khiến vật chất hữu cơ chỉ phân rã một phần rồi bị chôn vùi. Sự tích tụ diễn ra trong thời gian hàng trăm đến hàng ngàn năm, tạo nên các trầm tích hữu cơ với bề dày có thể lên tới hàng mét.

Tốc độ hình thành than bùn phụ thuộc vào các yếu tố như loại thực vật đặc trưng, mức độ bão hòa nước, điều kiện khí hậu và mức độ trao đổi chất trong hệ sinh thái. Ở vùng ôn đới, than bùn thường tích tụ chậm hơn do khí hậu lạnh; trong khi đó, vùng nhiệt đới với mật độ sinh khối lớn có tốc độ tích tụ nhanh hơn nhưng cũng dễ bị phân hủy mạnh nếu điều kiện yếm khí bị phá vỡ. Báo cáo của FAO cho thấy tốc độ hình thành than bùn trung bình chỉ từ 0.5 đến 1 mm mỗi năm, phản ánh sự chậm chạp của quá trình này.

Danh sách các yếu tố quyết định tốc độ tích tụ than bùn:

• Nhiệt độ trung bình năm và biên độ biến thiên khí hậu.
• Độ sâu và độ ổn định của mực nước ngầm.
• Loại thực vật ưu thế trong hệ sinh thái vùng ngập nước.
• Mức độ trao đổi khí giữa khí quyển và tầng đất bão hòa nước.

Đặc điểm vật lý và hóa học

Đất than bùn có cấu trúc xốp đặc trưng với mật độ khối thấp và khả năng giữ nước cực cao. Tính chất này giúp đất duy trì độ ẩm ổn định nhưng cũng làm nó dễ nén lún khi khô hoặc khi bị tác động bởi tải trọng. Khi nước rút, cấu trúc hữu cơ co lại mạnh khiến bề mặt đất bị hạ thấp nhanh chóng. Điều này tạo ra thách thức lớn trong các hoạt động nông nghiệp hoặc xây dựng trên vùng đất than bùn.

Về hóa học, đất than bùn giàu các hợp chất hữu cơ như axit humic, fulvic, lignin và cellulose phân hủy một phần. Tuy nhiên, đất lại nghèo dinh dưỡng khoáng ở dạng dễ hấp thụ do điều kiện yếm khí hạn chế quá trình khoáng hóa. Độ pH thấp khiến nhiều nguyên tố vi lượng tồn tại trong dạng khó hấp thụ. Nhờ đặc tính hóa học này, đất than bùn được xem là môi trường thích hợp để lưu trữ carbon dài hạn nếu không bị thoát nước hoặc đốt cháy.

Bảng biểu mô tả một số thông số hóa học thường gặp trong đất than bùn:

Thông số	Khoảng giá trị
Độ pH	3.5 đến 5.5
Độ tro (hàm lượng khoáng)	5 đến 20 phần trăm
Hàm lượng axit humic	Cao, chiếm phần lớn chất hữu cơ
Tỷ lệ carbon hữu cơ	40 đến 60 phần trăm

Phân loại đất than bùn

Đất than bùn được phân loại dựa trên nguồn nước nuôi dưỡng, thành phần khoáng và độ axit. Nhóm than bùn thấp (fen peat) hình thành từ nước ngầm giàu khoáng, có độ pH cao hơn và hàm lượng dinh dưỡng tương đối tốt. Loại này thường có màu nâu sẫm và cấu trúc phân rã mạnh hơn do hoạt động vi sinh vật diễn ra tương đối nhanh.

Nhóm than bùn cao (bog peat) chủ yếu nhận nước từ mưa, nghèo khoáng và có pH thấp hơn đáng kể. Đặc trưng của chúng là màu nâu đỏ hoặc đen, hàm lượng lignin cao và tốc độ phân hủy chậm. Nhóm trung gian có đặc điểm nằm giữa hai loại này, chịu ảnh hưởng của cả nước mưa và nước ngầm. Nhiều hệ thống phân loại đất quốc tế được trình bày trong Britannica Science và báo cáo của FAO.

Danh sách các nhóm chính:

• Than bùn thấp: giàu khoáng, pH trung tính hơn.
• Than bùn cao: nghèo khoáng, pH thấp, phân hủy chậm.
• Than bùn trung gian: kết hợp đặc tính của hai nhóm trên.

Vai trò sinh thái

Đất than bùn là một trong những kho lưu trữ carbon tự nhiên lớn nhất trên Trái Đất. Với khả năng giữ lại lượng lớn vật chất hữu cơ chưa phân hủy, các vùng đất than bùn có thể tích trữ carbon hàng nghìn năm. Dù chỉ chiếm khoảng 3 phần trăm diện tích đất toàn cầu, chúng lại lưu trữ hơn 30 phần trăm tổng lượng carbon trong đất, theo các báo cáo từ FAO và USGS. Khi môi trường yếm khí được duy trì, quá trình phân hủy chậm giúp carbon không quay trở lại khí quyển dưới dạng CO₂ hoặc CH₄.

Bên cạnh vai trò điều hòa carbon, đất than bùn còn tham gia điều tiết thủy văn. Nhờ cấu trúc xốp và khả năng giữ nước vượt trội, đất này hấp thu và giải phóng nước tự nhiên theo chu kỳ, giúp giảm nguy cơ lũ lụt và hạn hán. Trong mùa mưa, đất than bùn hoạt động như miếng bọt biển, giữ lại lượng nước lớn; trong mùa khô hạn, nước từ đất được giải phóng dần, duy trì dòng chảy ổn định cho hệ sinh thái xung quanh.

Các vùng đất than bùn tạo môi trường sống cho nhiều loài thực vật đặc hữu như rêu sphagnum, các loài lan đầm lầy và những sinh vật yếm khí đặc trưng. Nhiều loài chim, côn trùng và động vật lưỡng cư phụ thuộc vào hệ sinh thái than bùn để sinh sống và sinh sản. Việc suy giảm diện tích đất than bùn dẫn đến mất mát đa dạng sinh học nghiêm trọng.

Ứng dụng của đất than bùn

Trong nông nghiệp, đất than bùn được sử dụng phổ biến làm giá thể trồng cây nhờ khả năng giữ ẩm, giữ dinh dưỡng và tạo môi trường rễ thông thoáng. Các nhà vườn dùng than bùn cho ươm cây giống, trồng rau sạch, hoa thương phẩm và cây cảnh. Tuy nhiên, do nghèo khoáng, đất than bùn thường phải bổ sung phân bón hoặc trộn với các giá thể khác trước khi sử dụng.

Trong công nghiệp, than bùn được dùng để sản xuất nhiên liệu, vật liệu lọc và sản phẩm cải tạo đất. Than bùn khô có thể đốt trực tiếp hoặc ép thành viên nhiên liệu cho các khu vực không có nguồn năng lượng thay thế. Một số ngành, đặc biệt là ngành chưng cất rượu whisky ở Scotland, sử dụng than bùn như chất đốt tạo hương khói đặc trưng. Báo cáo của Natural Resources Canada ghi nhận nhiều ứng dụng than bùn trong xử lý nước nhờ khả năng hấp phụ kim loại nặng và hợp chất hữu cơ.

Bên cạnh đó, nghiên cứu gần đây cho thấy than bùn có thể được sử dụng trong phục hồi môi trường. Khả năng giữ nước và khôi phục độ ẩm đất giúp nó phù hợp với các dự án tái tạo đầm lầy và vùng đất ngập nước bị suy thoái. Một số dự án thí điểm đã chứng minh hiệu quả của việc dùng than bùn trong giữ nước, cải thiện hệ vi sinh vật đất và phục hồi thảm thực vật bản địa.

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu lên đất than bùn

Biến đổi khí hậu đang gây áp lực mạnh lên đất than bùn thông qua hiện tượng ấm lên toàn cầu, thay đổi mô hình mưa và gia tăng cháy rừng. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ bay hơi nước cao hơn khiến đất dễ bị khô hóa. Một khi lớp than bùn khô, nó trở nên dễ cháy và khi cháy sẽ giải phóng lượng lớn carbon tích trữ trong hàng nghìn năm. Các vụ cháy âm ỉ trong đất than bùn có thể kéo dài hàng tháng và tạo ra lượng khói độc hại khổng lồ.

Khi đất bị thoát nước để phục vụ sản xuất nông nghiệp hoặc xây dựng, oxy xâm nhập vào lớp hữu cơ khiến quá trình phân hủy tăng mạnh. Carbon bị giải phóng dưới dạng CO₂ hoặc CH₄, góp phần làm trầm trọng thêm biến đổi khí hậu. Theo số liệu của Global Peatlands Initiative, các vùng đất than bùn bị suy thoái là nguồn phát thải khí nhà kính thuộc nhóm cao nhất trong các hệ sinh thái tự nhiên.

Danh sách các tác động chính của biến đổi khí hậu đối với đất than bùn:

• Tăng tốc độ mất nước và khô hóa lớp hữu cơ.
• Tăng nguy cơ cháy than bùn, tạo ra lượng lớn CO₂ và PM2.5.
• Thúc đẩy phân hủy hữu cơ nhanh hơn khi oxy xâm nhập.
• Giảm khả năng lưu trữ carbon và làm suy giảm đa dạng sinh học.

Khai thác và quản lý bền vững

Khai thác đất than bùn để làm nhiên liệu, giá thể hoặc vật liệu công nghiệp cần được quản lý bằng các biện pháp bền vững nhằm tránh làm tổn hại hệ sinh thái. Một trong những chiến lược phổ biến là duy trì hoặc phục hồi mực nước ngầm để ngăn oxy xâm nhập vào lớp hữu cơ. Khi mực nước được giữ ở mức ổn định, quá trình phân hủy chậm lại và nguy cơ cháy cũng giảm đáng kể. Đây là biện pháp ưu tiên trong nhiều chương trình bảo tồn đất than bùn trên thế giới.

Các tổ chức như FAO và UNEP khuyến nghị áp dụng mô hình khai thác hạn chế, chỉ sử dụng than bùn từ các khu vực đã suy thoái hoặc bị khai thác trước đó thay vì mở rộng vào vùng nguyên sinh. Các chính sách phục hồi gồm trồng lại rêu sphagnum, lấp mương thoát nước, tái tạo vùng ngập và giám sát mức độ phát thải khí nhà kính. Việc kết hợp các giải pháp sinh thái và chính sách quản lý giúp duy trì lợi ích kinh tế mà không làm mất đi chức năng môi trường của than bùn.

Bên cạnh đó, một số quốc gia đầu tư phát triển vật liệu thay thế than bùn nhằm giảm áp lực khai thác. Sợi dừa, vỏ cây, compost công nghiệp và vật liệu hữu cơ tái chế được xem là lựa chọn tiềm năng trong lĩnh vực nông nghiệp. Sự chuyển đổi này phù hợp với chiến lược giảm phát thải quốc gia và hướng tới mô hình nông nghiệp bền vững.

Thách thức môi trường và kinh tế

Đất than bùn mang lại nhiều lợi ích sinh thái nhưng cũng đi kèm những thách thức lớn. Tính chất dễ cháy và dễ lún khiến việc quản lý và sử dụng đất trở nên phức tạp. Các khu vực xây dựng trên đất than bùn thường phải đối mặt với nguy cơ sụt lún do lớp hữu cơ co ngót khi khô hoặc bị nén dưới tải trọng. Nông nghiệp trên đất than bùn cũng gặp khó khăn vì thiếu dinh dưỡng và dễ bị oxy hóa khi thoát nước.

Về kinh tế, nhiều quốc gia phải lựa chọn giữa bảo tồn đất than bùn và khai thác ngắn hạn. Việc phá bỏ các vùng ngập nước để trồng trọt có thể đem lại lợi nhuận trước mắt nhưng gây tổn thất lâu dài do mất chức năng sinh thái. Những tác động như phát thải carbon, suy giảm đa dạng sinh học, sụt lún đất và nguy cơ cháy khiến việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất trở nên rủi ro.

Các nghiên cứu cho thấy chi phí môi trường và xã hội khi phá hủy đất than bùn thường lớn hơn rất nhiều so với lợi ích kinh tế thu được. Do đó, chiến lược phát triển bền vững yêu cầu các quốc gia bảo vệ diện tích than bùn nguyên sinh, phục hồi vùng suy thoái và áp dụng mô hình khai thác có kiểm soát nhằm cân bằng lợi ích kinh tế với an toàn sinh thái.

Tài liệu tham khảo

1. USGS. Peatlands and Wetland Soils. https://www.usgs.gov
2. FAO. Peatland Ecosystems and Management. https://www.fao.org
3. Britannica Science. Peat Soil Overview. https://www.britannica.com/science/peat
4. Natural Resources Canada. Peatland Resources and Uses. https://www.nrcan.gc.ca
5. Global Peatlands Initiative. https://www.globalpeatlands.org